小套管雙腔大排量有桿泵的研究及應(yīng)用*

張 雷

(中石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院)

目前，勝利油田進(jìn)入開發(fā)中后期，以埕東、勝坨等油田為代表的整裝、斷塊等中高滲油藏，近1 000口油井表現(xiàn)為單井產(chǎn)液量大、含水率高、井眼直徑小等特點(diǎn)，整體處于“高含水、高采出程度、高剩余采油速度”的三高開發(fā)階段，提液降耗已成為這類油田的發(fā)展趨勢。隨著開發(fā)年限的不斷延長，受水驅(qū)影響，含水率將會越來越高，根據(jù)采油工程方案開發(fā)指標(biāo)預(yù)測，單井日液將達(dá)200 m3/d以上。由于供液能力充足，為了保證開采效果，實(shí)現(xiàn)油井供排關(guān)系協(xié)調(diào)生產(chǎn)，必須提高單井產(chǎn)液量才能提高整個區(qū)塊的采油速度和采收率。

目前中高滲油藏實(shí)現(xiàn)大排量舉升主要有有桿泵和電泵兩種舉升方式。其中有桿泵舉升受尺寸限制，應(yīng)用最大泵徑95 mm，提液只能靠提高沖次實(shí)現(xiàn)，影響檢泵周期；電潛泵舉升雖然能夠滿足提液要求，但是存在投入成本高、能耗大經(jīng)濟(jì)效益差等問題。

通過國內(nèi)外文獻(xiàn)檢索對比[1-5]，雙腔大排量有桿泵舉升技術(shù)在國內(nèi)外仍是空白，未見相同的文獻(xiàn)報(bào)道，鑒于此，提出雙腔有桿泵舉升技術(shù)總體設(shè)計(jì)方案，開展配套技術(shù)研究，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證，最終形成一套成熟的雙腔大排量有桿泵舉升工藝。

一、技術(shù)分析

1. 雙腔大排量有桿泵舉升工藝管柱

雙腔大排量有桿泵舉升工藝管柱主要由雙腔大排量抽油泵、專用脫接裝置、專用泄油器、泵下加重裝置及防砂配套裝置等組成，工藝管柱如圖1所示，該管柱在不增大抽油泵外徑條件下進(jìn)一步提高排液量，從而替代傳統(tǒng)的有桿泵和高能耗電泵，達(dá)到延長油井生產(chǎn)周期，降低抽油能耗的目的，滿足整裝、斷塊等中高滲油藏?139.7 mm套管的大排量有桿泵舉升工藝要求。

其中雙腔大排量抽油泵采用中間柱塞將上、下抽油泵連接，生產(chǎn)過程中雙泵同時工作，實(shí)現(xiàn)大排量舉升；采用泵下加重原理，使泵上桿柱始終處于受拉狀態(tài)，延緩桿管偏磨，保證桿柱順利下行；配套專用脫接器、泄油器、防砂裝置，分別解決抽油桿與大直徑柱塞的對接問題、大直徑柱塞不能隨抽油桿起出泄油的問題，并降低含砂對抽油泵的影響，提高工藝實(shí)施可靠性。

2. 關(guān)鍵技術(shù)

雙腔大排量抽油泵通過雙泵連接形成雙密封腔，不增大泵徑的情況下增大排量系數(shù)，實(shí)現(xiàn)大排量舉升[6-8]。其設(shè)計(jì)思路是：滿足?139.7 mm套管井眼內(nèi)舉升要求；考慮到大排量需要及套管尺寸限制，采用中間小柱塞將2個?95 mm泵連接，小柱塞與外管之間的環(huán)空通過小泵筒分隔為兩個腔室；考慮到雙腔大排量抽油泵的特殊結(jié)構(gòu)會增加抽油桿下行阻力，下抽油泵采用大小柱塞并聯(lián)結(jié)構(gòu)；為減少進(jìn)油阻力、提高泵效，上抽油泵進(jìn)油閥采用環(huán)形錐閥結(jié)構(gòu)，排油閥采用柱塞內(nèi)部偏置閥結(jié)構(gòu)。

圖1 雙腔大排量有桿泵舉升工藝管柱結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 結(jié)構(gòu)及工作原理

雙腔大排量抽油泵[9-10]主要由抽油桿、脫接器、上泵筒、上柱塞、上出液口、小柱塞、接箍、擋環(huán)、環(huán)形錐閥、上進(jìn)液口、外管、小泵筒、上游動閥、下柱塞、下游動閥、下泵筒組成，結(jié)構(gòu)見圖2。

其工作原理是：利用雙腔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了上抽油泵和下抽油泵同進(jìn)同排，在下沖程時，抽油桿下行，上腔室體積減小，壓力升高，環(huán)形錐閥關(guān)閉，上出液口打開，經(jīng)上柱塞通道完成井筒進(jìn)液；同時下腔室體積增大，壓力降低，下進(jìn)油閥打開，油井液體經(jīng)下進(jìn)油閥流入下腔室，完成“同進(jìn)”過程。上沖程時，抽油桿帶動柱塞上行，完成井口排液，同時上腔室體積增大，壓力降低，環(huán)形錐閥打開，油井液體經(jīng)上進(jìn)液口流入上腔室；下腔室體積減小，壓力升高，下進(jìn)油閥關(guān)閉，下出油閥打開，通過小柱塞通道、上柱塞通道排液，完成“同排”過程。

2.2 技術(shù)參數(shù)

根據(jù)抽油泵的理論排量計(jì)算公式[11]，得出雙腔大排量抽油泵的技術(shù)參數(shù)。

排量系數(shù)：16；最大外徑：114 mm；理論排量(按沖程6 m,沖次2次/min計(jì)算):192 m3/d。可以看出，雙腔大排量抽油泵相當(dāng)于1個?120 mm大排量抽油泵，能夠?qū)崿F(xiàn)大排量提液的技術(shù)指標(biāo)。

圖2 雙腔大排量抽油泵結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

(1)具有雙腔結(jié)構(gòu)，兩腔室同時完成進(jìn)液和排液，可以實(shí)現(xiàn)大排量舉升。

(2)上抽油泵進(jìn)油閥采用環(huán)形錐閥結(jié)構(gòu)，排油閥采用柱塞內(nèi)部偏置閥結(jié)構(gòu)，縮短進(jìn)油流道，減小進(jìn)油阻力，提高泵效。

(3)下抽油泵采用大小柱塞串聯(lián)結(jié)構(gòu)，增加桿柱下行動力，避免光桿緩下。

3. 主要配套工具

3.1 撞擊式泄油器

撞擊式泄油器[12-13]主要由釋放器、上接頭、彈簧、釋放頭、擋圈、外套、襯套、墊圈、銷釘、下接頭組成，結(jié)構(gòu)見圖3。當(dāng)需要泄油時，通過接一定重量的抽油桿投入油管內(nèi), 釋放頭壓縮彈簧沿油管下行，到達(dá)襯套位置時彈簧彈開，釋放頭沿襯套軌道繼續(xù)下行，在抽油桿重量作用下打斷銷釘，露出泄油孔聯(lián)通油套管后實(shí)現(xiàn)泄油。該泄油器安裝于抽油泵上，在現(xiàn)場安裝時不需要拆卸抽油泵，因此，該泄油器使用方便，不會使抽油泵產(chǎn)生余隙，不會影響抽油泵泵效。

3.2 防砂配套裝置

防砂配套裝置由皮碗封、出液接頭、精密濾砂管等組成，結(jié)構(gòu)見圖4。含砂油液通過精密濾砂管進(jìn)泵，減少進(jìn)入抽油泵液體的含砂量，采用皮碗封結(jié)構(gòu)，保證進(jìn)入上、下泵油液均能濾砂，結(jié)構(gòu)簡單，濾砂效率高，解決了地層出砂卡泵的問題。

圖3 撞擊式泄油器結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 防砂配套裝置結(jié)構(gòu)示意圖

二、現(xiàn)場應(yīng)用

為了全面驗(yàn)證小套管雙腔大排量有桿泵舉升技術(shù)的整體性能，截止目前，在勝利油田樁西、孤東進(jìn)行了11口井的現(xiàn)場試驗(yàn)，其中有桿泵井實(shí)施9井次，單井平均日增液51.2%(相同生產(chǎn)參數(shù)下)，平均日增油0.8 t，累計(jì)增油1 013.9 t；替代電泵井2井次，平均節(jié)省成本28.7%，平均節(jié)電率75.2%，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

典型井例分析：樁1-22井作業(yè)前采用?95 mm抽油泵生產(chǎn)，生產(chǎn)參數(shù)：3 m×6 min-1，根據(jù)樁1-22井基礎(chǔ)資料及生產(chǎn)簡況，進(jìn)行了小套管雙腔泵提液設(shè)計(jì)，初期生產(chǎn)參數(shù)：3 m×6 min-1，目前生產(chǎn)參數(shù)：3 m×5.3 min-1，產(chǎn)液量為193.5 m3/d，泵效達(dá)75.8%。相比常規(guī)有桿泵在生產(chǎn)參數(shù)變小的情況下，日產(chǎn)液增加近48.7 t，折合同參數(shù)下日增液達(dá)51.3%，有效提高了有桿泵產(chǎn)液量，同時也減少了管桿偏磨次數(shù)，延長了管桿的使用壽命。

三、結(jié)論

(1)通過對雙腔大排量抽油泵、桿柱增力下行、工藝參數(shù)優(yōu)化及配套泄油、防砂等關(guān)鍵技術(shù)研究，形成了適應(yīng)?139.7 mm套管排量系數(shù)16的小套管雙腔大排量有桿泵舉升技術(shù)，解決了常規(guī)有桿泵排量不足、電潛泵能耗高等問題。

(2)創(chuàng)新設(shè)計(jì)了雙腔大排量有桿泵，利用雙腔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了上抽油泵和下抽油泵同進(jìn)同排，理論排量達(dá)192 m3/d(按沖程6 m,沖次2次/min計(jì)算)。

(3)現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了技術(shù)方案的可行性和現(xiàn)場應(yīng)用的可靠性，增油節(jié)電效果明顯，在中高滲油藏具有廣闊的應(yīng)用前景。